JP2000514569A

JP2000514569A - デジタル光スイッチ

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Publication number: JP2000514569A
Application number: JP10500101A
Authority: JP
Inventors: カイルノルベルト; ヤオフイハイ; ツァワッキークリスピン
Original assignee: ハインリッヒ―ヘルツ―インステイテユートフユールナツハリヒテンテヒニークベルリンゲゼルシヤフトミツトベシユレンクテルハフツング
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2000-10-31
Also published as: US6233377B1; EP0902910B1; KR20000016372A; DE59706102D1; CN1221496A; EP0902910A1; CA2257533A1; DE19623888A1; WO1997046909A1; CN1100282C

Abstract

(57)【要約】光スイッチの多面的な用途には、２つの入側と２つの出側を有するデジタル光スイッチを挙げることができ、その際、断熱モードエボリューションのための条件が用途領域毎にフレキシブルに調整可能であり、それにも拘わらず、簡単に技術的に製造することができる。本発明のデジタル光スイッチでは、第１の入射導波路（ＷＧ１）は第２の入射導波路（ＷＧ２）に対して入側部分（Ｓ１）内で、及び第３のの出射導波路（ＷＧ１’）は第４の出射導波路（ＷＧ２’）に対して出側部分（Ｓ２）内で、横断面、屈折率、及び装置構成の点で、光の拡散方向に関して相互に対称的である。導波路にテーパー状に作用を及ぼすように構造化された電極は、当該導波路に対して隣接して設けられており、入側部分内に設けられた電極及び出側部分内に設けられた電極は、電気的に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】デジタル光スイッチ従来技術本発明は、デジタル光スイッチであって、第１の部分と第２の部分と作用手段とを有しており、 −前記第１の部分は、入側部分と呼ばれ、第１の入射導波路と第２の入射導波路とを有しており、その際、前記両導波路は、該導波路の交互作用領域の所定点のところまで接近しており、 −前記第２の部分は、出側部分と呼ばれ、第３の出射導波路と第４の出射導波路とを有しており、その際、前記各出射導波路は、前記所定点のところから、当該の各導波路の交互作用領域の外側の所定点のところまで相互に離隔されており、その際、前記第２の部分の導波路は、第１の部分の導波路に接合されており、 −前記作用手段は、断熱モードエボリューション（ａｄｉａｂａｔｉｓｃｈｅｎＭｏｄｅｎｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ）による光拡散状態を制御可能であるデジタル光スイッチに関する。光スイッチは、光学的に透明なネットワーク内での広帯域光信号の交換用、誤差のある系又はケーブルの橋絡による回路保護用、及び透明な光ネットワークノード内の空間スイッチ用の有用な構成素子である。コンピュータの光学的な広帯域バックプレーン、センサ及び自動車内の光信号の、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ）内のＴＶケーブルの切換は、テレコミュニケーション、マイクロシステム技術及びオートモービルブランチでの別の用途を示す。これら種々の用途は、種々の切換パラメータを必要とする（例えば、小さなクロストーク、小さな切換出力、偏波非依存性、及び波長非敏感性）。本発明が基づく従来技術としては、米国特許明細書第４７７５２０７号公報乃至Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１６），１９，１９８７年１０月１９日、１２３０−１２３２頁及びヨーロッパ特許公開第０４５７４０６号公報を挙げることができる。初めに挙げた公報は、ＬｉＮｂＯ₃ベース上にＸ−型に設けられた導波路を有するデジタル光スイッチに関しており、その際、入側部分内の両集束型導波路の幅は、種々異なっている。出側導波路は、接触点のところから電極によって取り囲まれている。入側部分内での両入射導波路と、出側部分内での、接触点から出ている両導波路とは、相互にΘ≪Δβ／γの角度Θを成しており、その際、Δβ は、２つの対称モードの拡散定数の平均差を示し、γは、導波路環境内の横方向伝搬定数を示す。この４ゲートデジタル電気−光スイッチの場合、切換過程は、幅が非対称な入側導波路を考慮した断熱モードエボリューションに基づいている。従って、所期のように、このＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の導波路内の出側導波路を相応に制御した際の所定のモードしか実行されないようにすることができる。ヨーロッパ特許公開第０４５７４０６号公報には、デジタル光スイッチが記載されており、このデジタル光スイッチの場合、入射導波路の入側部分の形状は、相互に非対称的であり、出射導波路の出側部分の形状は、相互に非対称的、又は、相互に対称的であり、電気的に切換可能に構成されており、その際、入側及び出側部分内で導波路の形状を非対称にすることは、相互に直線状導波路及び曲がり導波路にし、乃至、相互に離隔する導波路によって実施することができる。入側領域内で接近し、乃至、出側領域内で離隔する導波路の湾曲形状によって、前述のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）に較べて構成素子を小さくすることができる。従来技術の既述の２×２−ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）用の装置構成では、断熱モードエボリューション方式に必要な非対称性は、少なくとも部分的に既に、この装置構成の製造中に、入側及び／又は出側部分で実施されている。断熱光分布は、導波路パラメータをほんの僅か変えるだけで可能であり、その結果、スイッチに所定の基底モードで入射する光エネルギは、実質的に、このモードで獲得し続けることもでき、つまり、モード変換は行われない。つまり、光エネルギが低次モードでスイッチに入射する場合、光は、高い屈折率の出側導波路によって案内され、スイッチ内での光エネルギの拡がりが、実質的に断熱的に行われる場合、高い減衰比となる。更に、１×２−Ｙ−分岐から構成されたデジタル光スイッチが公知である。つまり、ＥＣＯＣ’９５−ブリュッセルで、ポリマーベース上のデジタル熱−光１ ×２−スイッチについて報告されており（Ｐｒｏｃ．２１ｓｔ．Ｅｕｒ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＯｐｔ．１０６３−１０６５頁）、そのスイッチでは、導波路が埋め込まれており、出側分岐が角度０．１２°を成しており、加熱電極が両分岐を完全に被うように設けられている。出側分岐の加熱の際、光は、加熱されていない分岐内に案内される。その際、減衰係数は、１３０ｍＷ〜２３０ｍＷの制御電力の場合に加熱された分岐内で２０ｄＢ以上で良好に測定され、約１８０ｍＷでは、減衰係数は、２７ｄＢの値に達する。ＥＣＯＣ’９５の他の寄稿論文では、初めて、１×８ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）が記載されており、このＤＯＳ（デジタル光スイッチ）では、１×２スイッチの３つのカスケードから構成されている（Ｐｒｏｃ．２１ｓｔ．Ｅｕｒ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＯｐｔ．Ｃｏｍｍ．，１０５９−１０６２頁）。この手段でも、ポリマー導波路での熱−光効果が利用されており、この熱−光効果は、僅かな制御電圧の場合に、屈折率を大きく変えることができ、従って、所期のようなモードにすることができる。本発明の課題は、断熱モードエボリューション用の条件を、用途領域に応じてフレキシブルに調整することができるにも拘わらず、簡単に技術的に製造することができる２入側及び２出側を有するデジタル光スイッチを提供することである。この課題は、本発明によると、第１の入射導波路は、第２の入射導波路に対して入側部分で、第３の出射導波路は、第４の出射導波路に対して出側部分で、横断面、屈折率、及び装置構成の点で光の拡散方向に関して相互に対称的であり、前記導波路に対してテーパー状に作用する構造電極が、当該導波路に対して隣りに設けられており、前記入側部分内に設けられた電極と、前記出側部分内に設けられた電極とが、電気的に制御されるように構成されていることにより解決される。本発明の解決手段によると、それぞれ２つの同種の、入側部分と出側部分内の導波路及び該導波路に対して隣りに配設されていて、該導波路に関してテーパー状に当該導波路に作用する電極の装置構成によって、各導波路分路内のパラメータを別個に調整して、断熱モードエボリューションを実施することができる。従って、予め製造中、ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の一方の部分内で導波路の幾何学的形状によって予備調整する必要なしに、非対称的な導波路移行部を構成することができる。と言うのは、入側及び出側部分の両部分は、本発明の解決手段では、切換部分として構成されるからである。本発明の、断熱モードエボリューションに基づくＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、階段型の切換特性を示し、この切換特性によって、所定の切換状態を、限界値よりも上側の印加切換電圧又は電流がある期間中保持することができるようになる。電極を介してＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の作動期間をフレキシブルに調整することができるようにすることによって、大きな製造許容偏差が可能となり、切換電圧を正確に調整したり、正確に電流制御する必要性が小さくなる。更に、その種のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、波長に敏感ではない。本発明の実施例では、 −第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状に同じ角度Θで出側部分内で相互に離隔されているか、又は、 −第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路とは、アーク状に出側部分内で相互に離隔されており、既述の実施例の特別な構成では、入射導波路は、入側部分内で横断面、屈折率及び装置構成に関して、出側部分内の出射導波路に対して対称的に構成されているか、又は、 −第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、アーク状に出側部分内で相互に離隔されているか、又は、 −第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで出側部分内で相互に離隔されている。他の実施例では、導波路に対して隣りに設けられた電極は、導波路をテーパー状に被っているか、又は、テーパー状に構造化されており、層内に導波路と共に位置決めされている。この実施例では、本発明の解決手段によると、別の実施例で挙げた可能な導波路用の材料は、グループ：ＩＩＩ−Ｖ−半導体、ＬｉＮｂＯ₃、ガラス、Ｓｉ− Ｇｅ−混合結晶、ＳｉＯ₂ポリマーの材料から選択されており、その際、あらゆる変形実施例での所望の作用、即ち、導波路材料に依存する熱−光又は電気−光効果に基づく入側部分の両導波路内の光の拡散速度の差を所期のように調整することができるようになる。本発明のデジタル光スイッチの製造用の材料の広スペクトルから選択することができる、この手段により、可能な用途領域を一層拡大することができる。本発明の別の実施例は、電極の多様な制御に関するものである。つまり、入側部分内の入射導波路に対して隣りに設けられた電極及び前記入射導波路に対して鏡対称的な、乃至点対称的な、出側部分内の出射導波路に対して隣りに設けられた電極は、電気的に制御される。本発明のこの実施例により、つまり、入側部分内での入射導波路の対称的な形状及び出側部分内での出射導波路の対称的な形状並びに各電極の制御により、入側部分内の導波路と出側部分内の導波路との間での光拡散を非対称的に調整すること、従って、それらの作用で、屈折率の変化、従って、制御電極に対して隣りに設けられた導波路内の光拡散を変えることにより、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）を実施する際に多様な変形実施例が達成できる。電極がテーパー状に導波路に作用する領域によって、入側部分及び出側部分での断熱導波路移行を達成することができる。断熱モードエボリューション用の条件は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで入側部分内で相互に接近する第１の入射導波路及び第２の入射導波路での入側部分内の制御電極、及び、出側部分内で同じ角度Θで直線状に相互に離隔する第３の出射導波路及び第４の出射導波路を用いて、入側部分の両導波路内の光Δβの拡散速度の差を所期のように形成するようにして調整することができる。角度Θは、断熱モードエボリューション用の条件に相応し、つまり、十分に小さく、従って、直線状に接近する、入側部分内の導波路が突き当たって、ここから、出側部分内の導波路が離隔する点が存在する中央領域内での対称モード又は非対称モードが、相応の入側導波路が加熱されるか又は加熱されないかどうかに依存して制御される。従って、対称的なモードが、中央領域から所望の出側導波路に、出側導波路に対して隣りに設けられた両電極の加熱電力を正確に調整することによって導入される。対称的なモードは、常時、加熱されていない導波路内に拡散され、非対称的なモードは、加熱電力が十分に大きい場合に、加熱された導波路内に拡散される。従って、本発明の解決手段により、入側乃至出側部分内の各導波路を、単一モード導波路として実施することができる。同様にして、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の各部分のうちの少なくとも一方、即ち、入側又は出側部分内で、導波路をアーク状に構成すると、本発明の断熱モードエボリューションの条件を調整することができる。カスケードに設けられた、従来技術から公知の複数のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）から構成されたマトリックス内に、入側導波路分岐を種々異なった寸法にするためには、マトリックスの構造長を所望のように拡張し、最適な接合減衰にしないテーパー領域が必要である。この欠点は、本発明の実施例では、つまり、入側部分内の入射導波路を、出側部分内の出射導波路に対して鏡対称及び点対称の形状にすることを含み、双方向駆動可能なＤＯＳ（デジタル光スイッチ）を構成する本発明の実施例では生じない。と言うのは、磁場分布は、全ての導波路に対して、ただ１つの横断面を適合しさえすればよいからである。そのために、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、有利には、マトリックスモジュールとして使用することができる。更に、従来技術の欄で述べた１×２−Ｙ−スイッチ（４つの、このスイッチから構成されたマトリックス内に、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）と同じ機能を充足することができる）と比較して、極めて小型に装置構成することができる。本発明のデジタル光スイッチの有利な実施例では、デジタル光スイッチは、ポリマーベース上に構成される。直線状に集束する乃至発散する両導波路が相互に成す角度は、Θ≦０．１である。電極が、導波路上で当該導波路をテーパー状に被うようにしてバッファ中間層上に設けられている。各電極毎の制御を介して、この有利な実施例では、Δｎ＞０．００１５の相応の導波路の屈折率の変化を調整することができる。ポリマー導波路を用いることは、その間に良好に適用可能な製造方法に基づいて、極めて多数の構造化手段が可能である。更に、ポリマーは、大きな熱−光係数を有しており、即ち、温度変化により、小さな導電率と共に屈折率を大きく変えることができる。ポリマー技術を用いて、ハイブリッド技術の形式で、多数の光学構成素子を唯一の基板上に集積化することができる。以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：図１は、本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の多層構造の平面略図図２は、図１の多層構造のＡＡ’によって切断した横断面図図３は、図１のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の縦（「バー」）状態のＢＰＭ（ビーム伝搬方式：Ｂｅａｍ−Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ−Ｍｅｔｈｏｄ）− シミュレーションを示す図、図４は、図１に示されたＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の交差（「クロス」）状態のＢＰＭ−シミュレーションを示す図、図５は、図１によるＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の、縦（「バー」）状態の電極の制御用の、電力依存の出側部分の導波路の光出力の測定曲線を示す図、図６は、図１によるＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の、交差（クロス」）状態の電極の制御用の、電力依存の出側部分の導波路の光出力の測定曲線を示す図、図７は、切換特性の調整可能性を示す測定曲線を示す図である。図１に略示された、本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の多層構造は、入側部分Ｓ１及び出側部分Ｓ２内に対称的な導波路を有している。入側部分Ｓ１内には、２つの入射導波路ＷＧ１及びＷＧ２が設けられており、入射導波路ＷＧ１及びＷＧ２には、相応の入側ゲート１及び２が所定角度Θ ＝０．０８°で設けられている。出側部分Ｓ２内には、同じ角度Θで相互に離隔された両導波路ＷＧ１’とＷＧ２’とが示されており、両導波路ＷＧ１’とＷＧ２’には、相応の出側ゲート１’及び２’が設けられている。導波路は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）からスタンダード−ポリマー導波路−テクノロジを用いて３”−Ｓｉ−ディスク上に形成されている。この導波路は、横断面積７μｍ×７μｍを有している。入側乃至出側導波路は、相互に２５０μｍ離隔されている。ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の全長は、２５ｍｍである。これら４つの導波路ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’及びＷＧ２’は、それぞれ相応の導波路をテーパー状にオーバーラップする電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１’及びＥ２’によって被覆されている。光の拡散特性は、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）では、断熱モードエボリューション用の条件が、相応の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１’及びＥ２’の制御によって実施することができる。本発明の手段により、最初に、それぞれ２つの入側及び出側を有するポリマーベース上にＤＯＳ（デジタル光スイッチ）が製造される。図２には、既に平面図に示した、ポリマーベース上の２×２−ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）が横断面で示されている。熱吸収部として使用されるＳｉ−基板Ｓ上に、ＳｉＯ_x−バッファ（緩衝）層ＢＢが設けられている。３μｍ厚のテフロン製バッファ層ＴＢは、損失の低減のため、及び導波路ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’及びＷＧ２’内に浸透した、導波路層Ｗ上の湿気に対して保護するために設けられている。最後の層として、各導波路ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’及びＷＧ２ ’上に、相応の加熱電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１’及びＥ２’が、当該加熱電極の下に位置している導波路をテーパー状にオーバーラップするように設けられている。断熱モードエボリューションに基づく本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の機能については、特に良好に図３及び図４を用いて説明する。その際、第１の部分画像には、それぞれ、Ｘ−状に設けられた導波路ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’ 及びＷＧ２’を有する入側及び出側部分Ｓ１，Ｓ２が示されており、並びに、どの電極が加熱されているのかについて示されている。後続の部分図には、縦（「バー」）状態乃至交差（「クロス」）状態での個別導波路ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’及びＷＧ２’内の光波の拡散の可能な態様について図示されている。電極Ｅ２及びＥ２’が、図３に示されているように、加熱されると、即ち、電力Ｐ_el-E2及びＰ_el-E2'で相応に制御されると、ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、縦（「バー」）状態で作動する。加熱されていない導波路ＷＧ１内に供給された光が、中央領域内に達すると、第２の部分画像から分かるように、対称モードが導波路ＷＧ１’を通って供給され、この導波路ＷＧ１’は、導波路ＷＧ２’ に比較して大きな屈折率を有している。光が、加熱された導波路ＷＧ２内に供給されると、中央領域内では、非対称モードが更に導波路ＷＧ２’内に供給され、この導波路ＷＧ２’は、小さな屈折率である。加熱されていない導波路ＷＧ１／ＷＧ１’と加熱されている導波路ＷＧ２／ＷＧ２’との間には、屈折率の差Δｎ＝０．００２５が固定調整されている。図４の第１の部分図から分かるように、電極Ｅ１及びＥ２’が加熱されると、即ち、電力Ｐ_el-E2及びＰ_el-E2'で相応に制御されると、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、交差（「クロス」）状態で作動する。ここでも、既に上述した同じ屈折率の差が固定調整されている。光が、加熱された導波路ＷＧ１内に導入されると、非対称モードが中央領域内で励起され、光は、加熱された導波路ＷＧ２’によって案内され、この導波路は、低い屈折率を有している。光が、加熱されていない導波路ＷＧ２内に導入されると、対称モードが、中央領域内で励起され、光は、導波路ＷＧ１’を通って案内される。断熱切換条件は、入側部分での導波路でも出側部分での導波路でも維持される。但し、導波路の入側部分と出側部分との間の角度がΘ≦０．１°であり、屈折率の差がΔｎ＞０．００１５である限りである。本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）（その概略構成が図１及び図２に示されており、機能は図３及び４に示されている）を特徴付けるために、λ＝１．５５μｍのレーザダイオードの光が、入側ゲート１又は入側ゲート２に結合され、出側ゲート１’及び２’の光出側電力Ｐ_optが測定される。ＴＥ−及びＴＭ−偏波用の値が、＜±０．５ｄＢだけで偏波に依存していることが分かるので、ＴＭ−偏波の場合の結果しか図示していない。図５には、波長λ＝１．５５μｍの場合の伝達特性の測定曲線が、電力Ｐ_el-E _2' の関数として示されており、即ち、この場合には、電極Ｅ２’が加熱される。電極Ｅ２は、一定電力Ｐ_el-E2（ここでは、６５ｍＷである）で制御される（制御は、ずらした画で示されている）。これは、入側部分Ｓ１の導波路ＷＧ１及びＷＧ２内に断熱モードエボリューションを実施するのに必要である。この構成では、スイッチは、縦（「バー」）状態で作動する。クロストークの測定値は、電気切換電力Ｐ_el-E2'≧４５ｍＷの場合に、＜−２５ｄＢである。切換電力Ｐ_el-E2'＜１００ｍＷの場合には、この値は変化しない。本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の、電力Ｐ_el-E _2' の関数としての伝達特性は、交差（「クロス」）状態の場合、図６に示されている。この場合には、電極Ｅ１は、入側部分Ｓ１の導波路ＷＧ１及びＷＧ２内での断熱モードエボリューションの条件を満たすためには、一定電力Ｐ_el-E1＝４５ｍＷで制御される。可変調整可能な切換電力Ｐ_el-E2'が、≧４５ｍＷの値をとる場合、ここでも、＜−２５ｄＢでのクロストークの値が測定される。既述の両切換状態での調整すべき一定電力の僅かな偏差は、確実に、製造過程時での電極と導波路の僅かなずれに起因している。しかし、それによって、本発明の方式が、各導波路を所定モードの場合にだけ通すように構成することに抵触しない。ポリマーベース上の熱−光ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の切換時間は、両切換形態で＜１ｍｓである。伝達特性は、同じスイッチの場合に、λ＝１．３μｍでも形成され、同様のデジタル切換特性が示される（図示していない）。図７には、図５に示されたのと同様の電極構成であるが、Ｐ_el-E2'の種々の値での本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の伝達特性が示されている。この図７からは、その種のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の切換特性は、可変切換出力の出側部分内での電極の制御を介して、及び、入側部分内の電極の一定の基本制御を介して調整することができる。入側部分Ｓ１内での電極Ｅ２の基本制御用の一定に調整された値Ｐ_el _-E2 に依存して、ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の「デジタル性」が、Ｐ_el-E2' 値の狭い領域内で極めて良好な減衰比となるように調整される。この値が変化されると、「ローブスト」なデジタル切換特性が、比較的小さな減衰比の場合に示される。既述の切換特性により、技術的な製造過程での許容偏差が得られ、正確な電流乃至電圧制御は最早必要としない。更に、図示のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の切換特性は、環境温度の変化に対して安定している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年６月１０日（１９９８．６．１０）【補正内容】明細書デジタル光スイッチ従来技術本発明は、デジタル光スイッチであって、第１の部分と第２の部分と作用手段とを有しており、 −前記第１の部分は、入側部分と呼ばれ、第１の入射導波路と第２の入射導波路とを有しており、その際、前記両導波路は、該導波路の交互作用領域の所定点のところまで接近しており、且つ、この所定点で接触しており、 −前記第２の部分は、出側部分と呼ばれ、第３の出射導波路と第４の出射導波路とを有しており、その際、前記各出射導波路は、前記所定点のところから、当該の各導波路の交互作用領域の外側の所定点のところまで相互に離隔されており、その際、前記第２の部分の導波路は、第１の部分の導波路に接合されており、 −前記作用手段は、断熱モードエボリューションによる光拡散状態を制御可能であるデジタル光スイッチに関する。光、スイッチは、光学的に透明なネットワーク内での広帯域光信号の交換用、誤差のある系又はケーブルの橋絡による回路保護用、及び透明な光ネットワークノード内の空間スイッチ用の有用な構成素子である。コンピュータの光学的な広帯域バックプレーン、センサ及び自動車内の光信号の、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ）内のＴＶケーブルの切換は、テレコミュニケーション、マイクロシステム技術及びオートモービルブランチでの別の用途を示す。これら種々の用途は、種々の切換パラメータを必要とする（例えば、小さなクロストーク、小さな切換出力、偏波非依存性、及び波長非敏感性）。本発明が基づく従来技術としては、米国特許明細書第４７７５２０７号公報乃至Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１６），１９，１９８７年１０月１９日、１２３０−１２３２頁及びヨーロッパ特許公開第０４５７４０６号公報を挙げることができる。まり、モード変換は行われない。つまり、光エネルギが低次モードでスイッチに入射する場合、光は、高い屈折率の出側導波路によって案内され、スイッチ内での光エネルギの拡がりが、実質的に断熱的に行われる場合、高い減衰比となる。更に、１×２−Ｙ−分岐から構成されたデジタル光スイッチが公知である。つまり、ＥＣＯＣ’９５−ブリュッセルで、ポリマーベース上のデジタル熱−光１ ×２−スイッチについて報告されており（Ｐｒｏｃ．２１ｓｔ．Ｅｕｒ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＯｐｔ．１０６３−１０６５頁）、そのスイッチでは、導波路が埋め込まれており、出側分岐が角度０．１２°を成しており、加熱電極が両分岐を完全に被うように設けられている。出側分岐の加熱の際、光は、加熱されていない分岐内に案内される。その際、減衰係数は、１３０ｍＷ〜２３０ｍＷの制御電力の場合に加熱された分岐内で２０ｄＢ以上で良好に測定され、約１８０ｍＷでは、減衰係数は、２７ｄＢの値に達する。ＥＣＯＣ’９５の他の寄稿論文では、初めて、１×８ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）が記載されており、このＤＯＳ（デジタル光スイッチ）では、１×２スイッチの３つのカスケードから構成されている（Ｐｒｏｃ．２１ｓｔ．Ｅｕｒ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＯｐｔ．Ｃｏｍｍ．，１０５９−１０６２頁）。この手段でも、ポリマー導波路での熱−光効果が利用されており、この熱−光効果は、僅かな制御電圧の場合に、屈折率を大きく変えることができ、従って、所期のようなモードにすることができる。本発明の課題は、断熱モードエボリューション用の条件を、用途領域に応じてフレキシブルに調整することができるにも拘わらず、簡単に技術的に製造することができる２入側及び２出側を有するデジタル光スイッチを提供することである。この課題は、本発明によると、第１の入射導波路は、第２の入射導波路に対して入側部分で、第３の出射導波路は、第４の出射導波路に対して出側部分で、横断面、屈折率の点で相互に同一であり、及び当該第３の出射導波路の横断面、屈折率の装置構成の点で、光の拡散方向に関して相互に対称的であり、位置的に可変の幅を有する構造電極が、当該導波路に対して隣りに設けられており、前記入側部分内に設けられた電極と、前記出側部分内に設けられた電極とが、電気的に制御可能に構成されていることにより解決される。本発明の解決手段によると、それぞれ２つの同種の、入側部分と出側部分内の導波路及び該導波路に対して隣りに配設されていて、該導波路に関してテーパー状に当該導波路に作用する電極の装置構成によって、各導波路分路内のパラメータを別個に調整して、断熱モードエボリューションを実施することができる。従って、予め製造中、ＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の一方の部分内で導波路の幾何学的形状によって予備調整する必要なしに、非対称的な導波路移行部を構成することができる。と言うのは、入側及び出側部分の両部分は、本発明の解決手段では、切換部分として構成されるからである。本発明の、断熱モードエボリューションに基づくＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、階段型の切換特性を示し、この切換特性によって、所定の切換状態を、限界値よりも上側の印加切換電圧又は電流がある期間中保持することができるようになる。電極を介してＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の作動期間をフレキシブルに調整することができるようにすることによって、大きな製造許容偏差が可能となり、切換電圧を正確に調整したり、正確に電流制御する必要性が小さくなる。更に、その種のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、波長に敏感ではない。本発明の実施例では、 −第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状に同じ角度Θで出側部分内で相互に離隔されているか、又は、 −第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路とは、アーク状に出側部分内で相互に離隔されており、既述の実施例の特別な構成では、入射導波路は、入側部分内で横断面及び屈折率に関して同一であり、及び、当該入射導波路の装置構成の点で出側部分内の出射導波路に対して対称的に構成されているか、又は、 −第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、アーク状に出側部分内で相互に離隔されているか、又は、 −第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで出側部分内で相互に離隔されている。他の実施例では、導波路に対して隣りに設けられた電極は、導波路をテーパー状に被っているか、又は、テーパー状に構造化されており、層内に導波路と共に位置決めされている。この実施例では、本発明の解決手段によると、別の実施例で挙げた可能な導波路用の材料は、グループ：ＩＩＩ−Ｖ−半導体、ＬｉＮｂＯ₃、ガラス、Ｓｉ− Ｇｅ−混合結晶、ＳｉＯ₂ポリマーの材料から選択されており、その際、あらゆる変形実施例での所望の作用、即ち、導波路材料に依存する熱−光又は電気−光効果に基づく入側部分の両導波路内の光の拡散速度の差を所期のように調整することができるようになる。本発明のデジタル光スイッチの製造用の材料の広スペクトルから選択することができる、この手段により、可能な用途領域を一層拡大することができる。本発明の別の実施例は、電極の多様な制御に関するものである。つまり、入側部分内の入射導波路に対して隣りに設けられた電極及び前記入射導波路に対して鏡対称的な、乃至点対称的な、出側部分内の出射導波路に対して隣りに設けられた電極は、電気的に制御可能に構成されている。本発明のこの実施例により、つまり、入側部分内での入射導波路の対称的な形状及び出側部分内での出射導波路の対称的な形状並びに各電極の制御により、入側部分内の導波路と出側部分内の導波路との間での光拡散を非対称的に調整すること、従って、それらの作用で、屈折率の変化、従って、制御電極に対して隣りに設けられた導波路内の光拡散を変えることにより、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）を実施する際に多様な変形実施例が達成できる。電極がテーパー状に導波路に作用する領域によって、入側部分及び出側部分での断熱導波路移行を達成することができる。断熱モードエボリューション用の条件は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで入側部分内で相互に接近して接触する第１の入射導波路及び第２の入射導波路での入側部分内の制御電極、及び、出側部分内で同じ角度Θで直線状に接触点から相互に離隔する第３の出射導波路及び第４の出射導波路を用いて、入側部分の両導波路内の光Δβの拡散速度の差を所期のように形成するようにして調整することができる。角度Θは、断熱モードエボリューション用の条件に相応し、つまり、十分に小さく、従って、直線状に接近する、入側部分内の導波路が突き当たって、ここから、出側部分内の導波路が離隔する点が存在する中央領域内での対称モード又は非対称モードが、相応の入側導波路が加熱されるか又は加熱されないかどうかに依存して制御される。従って、対称的なモードが、中央領域から所望の出側導波路に、出側導波路に対して隣りに設けられた両電極の加熱電力を正確に調整することによって導入される。対称的なモードは、常時、加熱されていない導波路内に拡散され、非対称的なモードは、加熱電力が十分に大きい場合に、加熱された導波路内に拡散される。従って、本発明の解決手段により、入側乃至出側部分内の各導波路を、単一モード導波路として実施することができる。同様にして、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の各部分のうちの少なくとも一方、即ち、入側又は出側部分内で、導波路をアーク状に構成すると、本発明の断熱モードエボリューションの条件を調整することができる。カスケードに設けられた、従来技術から公知の複数のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）から構成されたマトリックス内に、入側導波路分岐を種々異なった寸法にするためには、マトリックスの構造長を所望のように拡張し、最適な接合減衰にしないテーパー領域が必要である。この欠点は、本発明の実施例では、つまり、入側部分内の入射導波路を、出側部分内の出射導波路に対して鏡対称及び点対称の形状にすることを含み、双方向駆動可能なＤＯＳ（デジタル光スイッチ）を構成する本発明の実施例では生じない。と言うのは、磁場分布は、全ての導波路に対して、ただ１つの横断面を適合しさえすればよいからである。そのために、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）は、有利には、マトリックスモジュールとして使用することができる。更に、従来技術の欄で述べた１×２−Ｙ−スイッチ（４つの、このスイッチから構成されたマトリックス内に、本発明のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）と同じ機能を充足することができる）と比較して、極めて小型に装置構成することができる。本発明のデジタル光スイッチの有利な実施例では、デジタル光スイッチは、ポリマーベース上に構成される。直線状に集束する乃至発散する両導波路が相互に成す角度は、Θ≦０．１である。電極が、導波路上で当該導波路をテーパー状に被うようにしてバッファ中間層上に設けられている。各電極毎の制御を介して、この有利な実施例では、Δｎ＞０．００１５の相応の導波路の屈折率の変化を調整することができる。ポリマー導波路を用いることは、その間に良好に適用可能な製造方法に基づいて、極めて多数の構造化手段が可能である。更に、ポリマーは、大きな熱−光係数を有しており、即ち、温度変化により、小さな導電率と共に屈折率を大きく変えることができる。ポリマー技術を用いて、ハイブリッド技術の形式で、多数の光学構成素子を唯一の基板上に集積化することができる。以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：図１は、本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の多層構造の平面略図図２は、図１の多層構造のＡＡ’によって切断した横断面図図３は、図１のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の縦（「バー」）状態のＢＰＭ（ビーム伝搬方式：Ｂｅａｍ−Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ−Ｍｅｔｈｏｄ）−シミュレーションを示す図、図４は、図１に示されたＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の交差（「クロス」）状態のＢＰＭ−シミュレーションを示す図、図５は、図１によるＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の、縦（「バー」）状態の電極の制御用の、電力依存の出側部分の導波路の光出力の測定曲線を示す図、図６は、図１によるＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の、交差（クロス」）状態の電極の制御用の、電力依存の出側部分の導波路の光出力の測定曲線を示す図、図７は、切換特性の調整可能性を示す測定曲線を示す図である。図１に略示された、本発明の、ポリマーベース上のＤＯＳ（デジタル光スイッチ）の多層構造は、入側部分Ｓ１及び出側部分Ｓ２内に同一横断面及び屈折率の対称的な導波路を有している。入側部分Ｓ１内には、２つの入射導波路ＷＧ１及びＷＧ２が設けられており、入射導波路ＷＧ１及びＷＧ２には、相応の入側ゲート１及び２が所定角度Θ＝０．０８°で設けられている。出側部分Ｓ２内には、同じ角度Θで相互に離隔された両導波路ＷＧ１’とＷＧ２’とが示されており、両導波路ＷＧ１’とＷＧ２’には、相応の出側ゲート１’及び２’が設けられている。入側部分Ｓ１内の導波路は、出側導波路Ｓ２内の導波路に対して対称的に設けられている。導波路は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリ請求の範囲１．デジタル光スイッチであって、第１の部分と第２の部分と作用手段とを有しており、 −前記第１の部分は、入側部分と呼ばれ、第１の入射導波路と第２の入射導波路とを有しており、その際、前記両導波路は、該導波路の交互作用領域の所定点のところまで接近しており、且つ、この所定点で接触しており、 −前記第２の部分は、出側部分と呼ばれ、第３の出射導波路と第４の出射導波路とを有しており、その際、前記各出射導波路は、前記所定点のところから、当該の各導波路の交互作用領域の外側の所定点のところまで相互に離隔されており、その際、前記第２の部分の導波路は、第１の部分の導波路に接合されており、 −前記作用手段は、断熱モードエボリューションによる光拡散状態を制御可能であるデジタル光スイッチにおいて、第１の入射導波路は、第２の入射導波路に対して入側部分で、第３の出射導波路は、第４の出射導波路に対して出側部分で、横断面、屈折率の点で相互に同一であり、及び当該第３の出射導波路の横断面、屈折率の装置構成の点で、光の拡散方向に関して相互に対称的であり、位置的に可変の幅を有する構造電極が、当該導波路に対して隣りに設けられており、前記入側部分内に設けられた電極と、前記出側部分内に設けられた電極とが、電気的に制御可能に構成されていることを特徴とするデジタル光スイッチ。２．第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度 Θで入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状に同じ角度Θで出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。３．第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路とは、アーク状に出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。４．入射導波路は、入側部分内で横断面及び屈折率に関して同一であり、及び、当該入射導波路の装置構成の点で出側部分内の出射導波路に対して対称的に構成されている請求項１〜３までのいずれか１記載のデジタル光スイッチ。５．第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度 Θで入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、アーク状に出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。６．第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度 Θで出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。７．導波路に対して隣りに設けられた電極は、導波路をテーパー状に被っている請求項１〜６までのいずれか１記載のデジタル光スイッチ。８．導波路に対して隣りに設けられた電極は、テーパー状に構造化されており、層内に導波路と共に位置決めされている請求項１〜６までのいずれか１記載のデジタル光スイッチ。９．入側部分内の入射導波路に対して隣りに設けられた電極及び前記入射導波路に対して鏡対称的な、出側部分内の出射導波路に対して隣りに設けられた電極は、電気的に制御可能に構成されている請求項１，７及び８のいずれか１記載のデジタル光スイッチ。１０．入側部分内で入射導波路に隣接した電極と、前記入射導波路に対して点対称的な、出側部分内の入射導波路に対して隣りに設けられた電極は、電気的に制御可能に構成されている請求項１，７及び８記載のデジタル光スイッチ。１１．導波路は、後続のグループの材料から選択されている：ＩＩＩ−Ｖ−半導体、ＬｉＮｂＯ₃、ガラス、Ｓｉ−Ｇｅ−混合結晶、ＳｉＯ₂ポリマー請求項１記載のデジタル光スイッチ。１２．直線状に集束する（ＷＧ１，ＷＧ２）乃至発散する（ＷＧ１’，ＷＧ２ ’）両導波路が、相応に入側部分（Ｓ１）又は出側部分（Ｓ２）内で相互に成す角度Θ≦０．１のポリマーベース上のスイッチ内に、電極（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１’ ，Ｅ２’）が、導波路（ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’，ＷＧ２’）上で当該導波路をテーパー状に被うようにしてバッファ中間層（ＴＢ）上に設けられており、入側部分（Ｓ１）内の各１つの電極（Ｅ１又はＥ２）及び出側部分（Ｓ２）内の各１つの電極（Ｅ１’又はＥ２’）は、Δｎ＞０．００１５の相応の導波路の屈折率の変化を実施可能であるように相互に構成されている請求項１，２，４，７及び１１の何れか１記載のデジタル光スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クリスピンツァワッキードイツ連邦共和国ベルリンペヒシュタインシュトラーセ 80

Claims

【特許請求の範囲】１．デジタル光スイッチであって、第１の部分と第２の部分と作用手段とを有しており、 −前記第１の部分は、入側部分と呼ばれ、第１の入射導波路と第２の入射導波路とを有しており、その際、前記両導波路は、該導波路の交互作用領域の所定点のところまで接近しており、 −前記第２の部分は、出側部分と呼ばれ、第３の出射導波路と第４の出射導波路とを有しており、その際、前記各出射導波路は、前記所定点のところから、当該の各導波路の交互作用領域の外側の所定点のところまで相互に離隔されており、その際、前記第２の部分の導波路は、第１の部分の導波路に接合されており、 −前記作用手段は、断熱モードエボリューションによる光拡散状態を制御可能であるデジタル光スイッチにおいて、第１の入射導波路は、第２の入射導波路に対して入側部分で、第３の出射導波路は、第４の出射導波路に対して出側部分で、横断面、屈折率、及び装置構成の点で光の拡散方向に関して相互に対称的であり、前記導波路に対してテーパー状に作用する構造電極が、当該導波路に対して隣りに設けられており、前記入側部分内に設けられた電極と、前記出側部分内に設けられた電極とが、電気的に制御されるように構成されていることを特徴とするデジタル光スイッチ。２．第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度 Θで入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状に同じ角度Θで出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。３．第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路とは、アーク状に出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。４．入射導波路は、入側部分内で横断面、屈折率及び装置構成に関して、出側部分内の出射導波路に対して対称的に構成されている請求項１〜３までのいずれか１記載のデジタル光スイッチ。５．第１の入射導波路及び第２の入射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度 Θで入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、アーク状に出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。６．第１の入射導波路と第２の入射導波路は、アーク状に入側部分内で相互に接近し、第３の出射導波路と第４の出射導波路は、直線状にΘ≪Δβ／γの角度Θで出側部分内で相互に離隔されている請求項１記載のデジタル光スイッチ。７．導波路に対して隣りに設けられた電極は、導波路をテーパー状に被っている請求項１〜６までのいずれか１記載のデジタル光スイッチ。８．導波路に対して隣りに設けられた電極は、テーパー状に構造化されており、層内に導波路と共に位置決めされている請求項１〜６までのいずれか１記載のデジタル光スイッチ。９．入側部分内の入射導波路に対して隣りに設けられた電極及び前記入射導波路に対して鏡対称的な、出側部分内の出射導波路に対して隣りに設けられた電極は、電気的に制御される請求項１，７及び８のいずれか１記載のデジタル光スイッチ。１０．入側部分内で入射導波路に隣接した電極と、前記入射導波路に対して点対称的な、出側部分内の入射導波路に対して隣りに設けられた電極は、電気的に制御される請求項１，７及び８記載のデジタル光スイッチ。１１．導波路は、後続のグループの材料から選択されている：ＩＩＩ−Ｖ−半導体、ＬｉＮｂＯ₃、ガラス、Ｓｉ−Ｇｅ−混合結晶、ＳｉＯ₂ポリマー請求項１記載のデジタル光スイッチ。１２．直線状に集束する（ＷＧ１，ＷＧ２）乃至発散する（ＷＧ１’，ＷＧ２’）両導波路が、相応に入側部分（Ｓ１）又は出側部分（Ｓ２）内で相互に成す角度Θ≦０．１のポリマーベース上のスイッチ内に、電極（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１’，Ｅ２’）が、導波路（ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ１’，ＷＧ２’）上で当該導波路をテーパー状に被うようにしてバッファ中間層（ＴＢ）上に設けられており、前記入側部分（Ｓ１）及び出側部分（Ｓ２）内での前記各電極（Ｅ１又はＥ２及びＥ１’又はＥ２’）毎の制御を介して、Δｎ＞０．００１５の相応の導波路の屈折率の変化を調整することができる請求項１，２，４，７及び１１の何れか１記載のデジタル光スイッチ。